專題

基于水平集結構拓撲優(yōu)化的自動變速器輕量化實現(xiàn)方法

汽車概念階段的設計直接影響最終實車的性能，因而各汽車制造商都非常注重汽車概念階段的設計。在汽車概念設計階段，需要考慮的性能指標包括燃油經(jīng)濟性、動力性和振動噪聲特性等。其中，要求最為嚴格的為汽車燃油經(jīng)濟性。減輕汽車零部件的質量即實現(xiàn)汽車輕量化是改善汽車燃油經(jīng)濟性的最有效的方式之一。汽車變速器作為汽車動力總成的主要部件，在實現(xiàn)汽車輕量化的過程中起著重要作用。介紹了自動變速器的輕量化工作，并給出了一種用于輕量化設計自動變速器的結構拓撲優(yōu)化方法。

在汽車概念設計階段，對自動變速器的輕量化設計通常包含兩個方面：一是輕量化材料的選擇；二是自動變速器結構的輕量化優(yōu)化設計。介紹了自動變速器結構的輕量化優(yōu)化設計方法，通常采用結構拓撲優(yōu)化方法，該方法可以對自動變速器的結構材料布局進行優(yōu)化，且具有較高的靈活性。然而，在大多數(shù)商業(yè)化軟件中，利用結構拓撲優(yōu)化方法得到的結果往往含有“灰度區(qū)域”，從工程和制造的角度來看，“灰度區(qū)域”的取值是難以實現(xiàn)的。對此，給出了一種基于水平集的結構拓撲優(yōu)化方法。該方法在進行結構拓撲優(yōu)化前，首先建立描述結構邊界運動特性的水平集。之后，在結構拓撲優(yōu)化中引入水平集，限制結構拓撲優(yōu)化在水平集范圍內(nèi)進行。在對結構進行拓撲優(yōu)化的過程中，水平集中描述結構邊界運動的函數(shù)也隨之改變，最終。得到的拓撲優(yōu)化結果將給出可行的最優(yōu)結構配置。

為驗證所采用的方法，將其應用在自動變速器停車棘爪的結構優(yōu)化中，停車棘爪的模型由日本愛信精機株式會社提供。結構拓撲優(yōu)化結果表明，對停車棘爪模型進行基于水平集的結構拓撲優(yōu)化后，其質量減輕了8.8%，且優(yōu)化后的最優(yōu)結構配置結果明確可行。

Miho Kumagai et al.SAE 2016-01-1386.

編譯：李臣